【文章內(nèi)容簡介】 與地層巖石和地層流體相配伍，在地層條件下可長期穩(wěn)定，在地層巖石中有較大的吸附量和適中的解吸附速率，與除垢劑及其它有關化學劑完全配伍。 防垢劑 YFG 由有機磷酸鹽、垢分散劑、鐵離子絡合劑等組成，它既能將 Ca2+、Mg2+絡合成多元體，又能在溶液中擴散并 吸附在細粒垢的表面及管線的內(nèi)表面，抑制垢晶體的進一步生長，此外還可絡合 Fe3+，防止 Fe2O3的生成。用離子檢測法測定了防垢劑 YFG 及國內(nèi)一些常用防垢劑的防垢性能。 此外， YFG 中的各種組分能吸附在管線內(nèi)表面，形成的吸附層不僅阻礙垢晶體的結合，還能起緩蝕作用。榆樹林油田注入水 85℃時對 N80 鋼試片的腐蝕率為 h() ， 加 入 30ppmYFG 可 使 腐 蝕 率 下 降 至 g/m2 h()，緩蝕率高達 %。 (以上腐蝕數(shù)據(jù)均為 3 個試片的平均值。 ) 關于 防垢劑與地層巖石和地層流體的配伍問題，早在二十世紀 80 年代國外就有深入研究，其結論是：在酸性環(huán)境中 (PH 在 4 附近 )多數(shù)防垢劑防垢效率幾乎為零。為了與絡合型除垢劑相配伍，最好選用堿金屬鹽類防垢劑。 防垢劑是通過反應 +絡合機理和吸附機理起防垢作用的。反應 +絡合機理是防垢劑在水中離解后產(chǎn)生的陰離子與成垢金屬陽離子生成穩(wěn)定的絡合物，其實質是增大鹽垢的溶解量。依據(jù)反應 +絡合機理的溶垢量符合化學計量關系，即一定量的防垢劑可按化學配位關系控制一定量的成垢離子。又因為防垢劑的使用量一般很低，故依據(jù)反應 +絡合機理僅能控制很少 量的成垢離子。而防垢劑的吸附是通過晶格崎變機理和靜電排斥機理起防垢作用的。由于吸附機理不是按照化學計量關系起作用，所以依據(jù)吸附機理能夠控制遠遠大于化學計量的成垢離子。顯然，擠入地層的防垢劑主要是通過吸附機理起作用的。如果希望防垢劑在地層中有較長的有效期，就必須要求它在地層巖石表面有較大的吸附量和較小的解吸附速率。為此在防垢劑中還復配了可以增大其在地層巖石表面吸附量的表面活性劑。 2）油井井底加入固體緩釋型防垢劑對于油井井筒發(fā)生結垢的井，可采用在 油井底部加入固體緩釋型防垢劑，根據(jù)藥劑具有在油水中均可釋放的 特性要求、西安石油大學高等繼續(xù)教育畢業(yè)設計 （論文） 11 根據(jù)釋放量必須滿足采出液對藥劑濃度要求，采用防垢主劑，選擇合適載體，制成固體緩釋型防垢劑，并建立藥劑釋放量的檢測方法與實施工藝。將固體防垢劑放入工作筒中，工作筒連接在油泵下部、篩管的上部，液體通過防塊時，防垢劑溶于液體中，起到防垢作用。 除垢措施 清垢解堵劑 YQG 對于發(fā)生在近井地層孔隙中的垢，用普通酸化作業(yè)一般可以達到增加產(chǎn)液量或提高注水能力的目的。但由于酸性物質只對碳酸鹽垢有效，對地層巖石結構有破壞作用以及可能在地層中發(fā)生二次沉淀等原因，普通酸化作業(yè)的有效期普遍較短，對于酸敏性地層及 套管已發(fā)生腐蝕穿孔井更是一種禁忌。而向結垢地層深部擠入化學中性的絡合物除垢劑和防垢劑的清防垢聯(lián)合技術是將不溶性垢轉化成水溶性絡合物隨產(chǎn)出液排出，不會破壞地層巖石結構。又由于擠入的清防垢劑工作液的 pH 與地層水接近，無論它們在地層中或井筒中停留多久都不會產(chǎn)生二次沉淀和腐蝕作用，從而不會對地層或井下套管造成傷害，措施有效期比酸化作業(yè)要長得多。 清垢包括地層和井筒兩部分。榆樹林油田屬低孔、低滲油田，儲層泥質含量高、溫度高、埋藏深。注水井堵塞的因素除結垢外，還有懸浮物雜質堵塞、乳化堵塞等。地層清垢劑配方研究中必須考慮 對地層堵塞物的溶解能力及防止二次污染等因素。我們針對上述堵塞因素，研制了清垢解堵劑 YQG。 這是一種多功能的綜合解堵劑，主要成分為有機酸、緩蝕劑、表面活性劑等。它具有解無機垢堵、解有機垢堵、減緩反應速度、洗油、破乳和緩蝕等多種作用，且不產(chǎn)生二次沉淀，尤其在解除無機垢堵塞，較好地與粘土礦物反應而不產(chǎn)生二次沉淀等方面具有良好的性能。清垢解堵劑 YQG 的綜合性能如下：對無機垢的溶蝕率 %；對儲層巖心的溶蝕率 %，對 N80 油管鋼的腐蝕速率 h(85℃ )；洗油率%；與原油間的界 面張力 N/ｍ；破乳率 100%(100min)。配制 1m3清垢解堵劑 YQG(酸液 )的材料費用為 804 元。 西安石油大學高等繼續(xù)教育畢業(yè)設計 （論文） 12 第 3 章 油田常見水垢類型及影響因素 油田注入水成分通常十分復雜，性質也特殊。大多數(shù)油田水的 PH 值為 5~9，屬中性或弱堿或弱酸性。水質除了受其中的金屬離子和溶解氣體的影響外，還與懸浮物，細菌等有關。因而，油田水質分析很困難，長需要多次預處理。現(xiàn)在不僅有原始的方法基礎，而且已經(jīng)發(fā)展了新的分析方法：分光分度法，原子光譜法，色譜法，容量法，電化學法，形態(tài)分析法。 水垢一般是具有反常溶 解度的難溶鹽或微溶鹽類，有固定的晶格，堅硬而致密，不同的油田的地質條件可能產(chǎn)生不同的垢，不同的垢受不同的因素的影響。 油田水的種類很多，最常見的有碳酸鈣，硫酸鈣，硫酸鋇，硫酸鍶。我國長慶馬嶺油田就存在碳酸鈣和硫酸鋇垢，北海油田有硫酸鈣和硫酸鋇以及二者的混合物。含鐵垢一般很少純在，常與硅的鹽一起混入其它垢中，他們主要受以下因素的影響： （ 1） 注入水（包括混合污水回注水）與儲層水的成分及類型； （ 2） 壓力變化； （ 3） 溫度的變化； （ 4） 水垢含鹽量的變化； （ 5） PH 值的變化。 其中最主要的是注水水水質的影響，而其它因素皆屬于內(nèi)因，直接影響 水中溶解物質的平衡。各種類型結垢物的相對影響因素的變化趨勢如表 33 所示。例如，油井開采過程中，壓力逐漸降低，井附近碳酸氫鈣不斷分解成二氧化碳和碳酸鈣垢，但當油井以機采方式開采時，泵的抽吸作用造成脫氣現(xiàn)象，二氧化碳的分壓的作用降低，即會在泵及井筒中生成碳酸鈣垢。又如，從油井采出的流體經(jīng)分離器降低，降溫后輸?shù)睫D油站再加溫，由于二氧化碳很快逸出，再加溫放熱器內(nèi)也會產(chǎn)生嚴重的碳酸鈣垢。水中的機械雜質，微生物的生長和繁殖都會加速鹽類的結晶和 沉降作用。金屬表面被腐蝕變的粗糙，粗糙表面將產(chǎn)生催化結晶和沉降作用。下面我們重點對常見的水垢類型的影響因素做一下重點的研究。 表 33 各類結垢物相對影響因素的變化趨勢 結垢物 壓力降低 溫度升高 含鹽量升高 PH 值降低 碳酸鈣 變大 變大 變小 變大 硫酸鈣 變大 變大 變小 變大 硫酸鋇 變大 變小 變小 無關 硫酸鍶 變大 變小 變小 無關 西安石油大學高等繼續(xù)教育畢業(yè)設計 （論文） 13 碳酸鈣垢及其影響因素 碳酸鈣垢 碳酸鈣是一種重要的成垢物質，也是油田開發(fā)生產(chǎn)中最常見的無機垢，在油田水中溶解度很小。低滲透油田注水開發(fā) 時，通過注水井將高壓水注入油層。當注水井井口壓力為 10MPa 時，若井深為 1000ｍ，則注水井井底壓力約 20MPa。注水井井底溫度通常比地面注入水溫度略高，而油井井底溫度一般要高得多。油井井底溫度是隨油井深度增加而增高的。一般井深每增加 100ｍ，井底溫度增加 3℃左右，精確的井底溫度可通過測井溫曲線獲得。大慶朝陽溝油田某深井泵抽油井深 1000ｍ，井底溫度約 45℃，井底壓力約 (或更低 )。同深度的注水井井底溫度在 25℃左右，在地面注水壓力為 9MPa 條件下，井底注水壓力約 19MPa。地層水中含有多項離子 ，如大慶朝陽溝油田扶余層地層水中含有 CO3 Ca2+、 HCO Mg2+、 Cl、 SO4 K+、 Na+離子，而注入水中主要含有少量的 CO3 Ca2+、 HCO Mg2+、 Cl、 K+、 Na+離子。當兩種水的離子結合時，則可能產(chǎn)生碳酸鈣沉淀，導致結垢。結垢規(guī)律與系統(tǒng)的壓力、溫度、碳酸鈣的溶解度、 CO2分壓和 PH 等條件有關。 反應式如下： Ca2++2 HCO3 → CaCO3↓ + CO2↑ +H2O (1) OH + HCO3 → CO32 + H2O (2) Ca2++(Mg2+)+ CO32→ CaCO3↓ (Mg CO3↓ ) (3) Ca (HCO3)2? CaCO3+ CO2 + H2O (4) 影響因素 1） 二氧化碳分壓的影響 當油田水中二氧化碳含量低于碳酸鈣溶解平衡所需的含量時，化學反應 Ca (HCO3)2→ CaCO3+ CO2 + H2O 向右進行，油田水中出現(xiàn)碳酸鈣沉淀，碳酸 鈣沉淀附在巖隙、管道和用水設備上，出現(xiàn)了結垢現(xiàn)象。反之，當油田水中二氧化碳含量超過碳酸鈣溶解平衡所需的含量時，化學反應向左進行，這時原有的碳酸鈣垢會逐漸溶解。所以，水中二氧化碳的含量對碳酸鈣的溶解度有一定的影響。水中的二氧化碳的含量與水面上氣體中二氧化碳的分壓成正比。實驗表明，當水溫為 24℃時，二氧化碳的分壓由大氣壓上升到 50 大氣壓時，碳酸鈣在水中的溶解度增加 3 倍左右。因此，油田水系統(tǒng)中任何有壓力降低的部位，氣相中二氧化碳的分壓都會減少，二氧化碳從水中逸出，導致碳酸鈣沉淀生成。 2） 溫度對碳酸鈣垢的影響 溫 度是影響碳酸鈣在水中溶解度的一個重要因素。絕大部分鹽類在水中的溶解度都隨溫度升高而增大，但溫度升高時溶解度反而下降，即水溫較高時會結出更多的碳酸鈣垢。這就可以解釋為什么一種在地面不結垢的水，如果井底溫度足 夠高，那么這種水在注水井中也會成垢的原因；同樣也可以解釋在加熱設備的火西安石油大學高等繼續(xù)教育畢業(yè)設計 （論文） 14 管處常常發(fā)生碳酸鈣結垢的原因。 3） PH 值對碳酸鈣垢的影響 地下水或地面水一般均含有不同程度的碳酸，而水中三種形態(tài)的碳酸在平衡時的濃度比例取決于 PH 值。根據(jù)碳酸平衡各級反應式，并按照電離平衡原理，碳酸的二級電離可表示如下： [H+][HCO3]/[CO2]=K1 [H+][CO32]/[HCO3]=K2 K1， K2 為碳酸的第一離解常數(shù)和第二離解常數(shù)。由于水中呈分子狀態(tài)的碳酸實際上只有水中所含游離二氧化碳量的 1%左右以下，進行水質分析時又不宜把二者分離，所以 [CO2]應按 [CO2+H2CO3]的總和計算。因為 H2CO3的含量甚低，所以把水中溶解的 CO2含量作為游離碳酸含量，不致引起很大誤差，一般可用 [CO2]來代表游離碳酸總濃度，即 [CO]≈ [CO2+H2CO3]。水中三種碳酸在平衡時的濃度比例與水的 PH 值有完全相應的關系。在底 PH 值范圍內(nèi)，水中只有 CO2+H2CO3；在高 PH 值范圍內(nèi)只有 CO32離子；而HCO3離子在中等 PH 值范圍內(nèi)占絕對優(yōu)勢。尤以 PH= 時為最大。因此，水的 PH值較高時就會產(chǎn)生更多的碳酸鈣沉淀；反之，水的 PH 值較低時，則碳酸鈣不易產(chǎn)生沉淀。 4） 含鹽量的影響 油田水中的溶解鹽類對碳酸鈣的溶解度有一定的影響。在含有氯化鈉或除鈣離子和碳酸根離子以外的其它溶解鹽類的油田水中，當含鹽量增加時，變相應的提高了水中的離子濃度。由于離子間的相 互靜電作用，使 Ca2+離子和 C